油水两相渗流与变形孔隙介质耦合模型及有限元数值模拟

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本文基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)方法建立了油水两相渗流与变形孔隙介质耦合作用的数学模型;针对石油工业中的实例,探讨了相关的数值解方法,论文主要工作如下: 1、基于任意拉格朗日-欧拉坐标(ALE)方法,给出了描述地下油水两相渗流与固相岩层变形的力学坐标框架,推导了ALE坐标下的油水两相流固耦合数学方程,并就方程中涉及的参数进行了讨论。研究结论认为,若对岩层骨架方程采用Lagrangian描述,而油水两相渗流方程以岩层骨架速度-vs移动的ALE标架进行描述,将简化耦合数学模型方程形式,降低数值求解难度。 2、推导了油水两相渗流与岩层骨架变形耦合方程的有限元离散公式,对模型方程相关的参数进行了分析与讨论。采用顺序迭代的解耦方法对耦合模型方程进行数值求解,对两相渗流方程采用IMPES数值算法,即隐式求解油相压力,用最小二乘有限元法显式求解水相饱和度方程;对岩层骨架变形方程则采用增量迭代方法求解。 3、应用FEPG有限元自动生成系统,开发了油水两相流固耦合模型的ALE有限元系列分析软件。通过对经典一维弹性饱和上固结模型的数值分析,验证了本文所建立ALE模型、数值算法及软件的可靠性;其次采用IMPES方法对油水两相渗流问题进行求解,模拟了二维均质等厚油藏渗流过程;最后,在油水两相渗流数值分析的基础上,考虑岩层孔隙介质变形和储层孔隙度、渗透特性改变,定量模拟了油藏开发中的注水驱替过程,分析了注水驱替过程中油水相流动参数以及储层位移、应力、应变的变化。
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